Que es una Fuente Switching?
Que es una Fuente Switching?
Una fuente conmutada o Switching es
Una fuente conmutada o Switching es un dispositivo electrónico que
un dispositivo electrónico que
transforma energía eléctrica mediante transistores en conmutación .
transforma energía eléctrica mediante transistores en conmutación .
Mientras que un regulador de tensión utilia
Mientras que un regulador de tensión utilia transistor
transistores polariados en su
es polariados en su
región activa de ampli!cación" las fuentes conmutadas utilian los mismos
región activa de ampli!cación" las fuentes conmutadas utilian los mismos
conmut#ndolos activamente a altas frecuencias entre corte $a%iertos& '
conmut#ndolos activamente a altas frecuencias entre corte $a%iertos& '
saturación $(errados&.
)a forma de onda cuadrada resultante es aplicada a transformadores con
n*cleo de ferrita $)os n*cleos de hierro no son adecuados para estas altas
frecuencias& para o%tener uno o varios volta+es de salida de corriente
alterna que luego son recti!cados ' !ltrados para o%tener los volta+es de
salida de corriente continua.
,enta+as so%re las fuentes lineales
-ntre las venta+as m#s importantes" se pueden destacar
/ama0o ' peso 1 )as fuentes de alimentación lineales utilian un
transformador funcionando a la frecuencia de 23 o 43 hertios. -ste
transformador de %a+a frecuencia es varias veces m#s grande ' m#s pesado
que un transformador correspondiente de fuente conmutada.
,olta+e de la salida 5 )as fuentes de alimentación lineales regulan la salida
usando un volta+e m#s alto en las etapas previas ' luego disipando energía
como calor para producir un volta+e m#s %a+o" regulado. -sta caída de
volta+e es necesaria ' no puede ser eliminada me+orando el dise0o. )as
fuentes conmutadas pueden producir volta+es de salida que son m#s %a+os
que el volta+e de entrada" m#s altos que el volta+e e incluso inversos al
volta+e de entrada" haciéndolos vers#tiles ' me+or adapta%les a volta+es de
entrada varia%les.
-!ciencia" calor" ' energía disipada 1 Una fuente lineal regula el volta+e o la
corriente de la salida disipando el e6ceso de energía como calor" lo cual es
ine!ca. Una fuente conmutada usa la se0al de control para variar el ancho
de pulso" tomando de la alimentación solamente la energía requerida por la
carga. -n todas las topologías de fuentes conmutadas" se apagan ' se
encienden los transistores completamente. 7sí" idealmente" las fuentes
conmutadas son 8339 e!cientes. -l *nico calor generado se da por las
características no ideales de los componentes.
Vista por dentro de una fuente conmutada ATX.. A - Puente rectificador
B - Condensador de entrada C - Transformador
D - Bobina del filtro de salida
E - Condensadores del filtro de salida
Una
fuente conmutada
es un dispositivo electrónico ue transforma ener!"a el#ctrica mediante transistores en conmutación. $ientras ue un re!ulador detensión utili%a transistores polari%ados en su re!ión activa de amplificación& las fuentes conmutadas utili%an los mismos conmut'ndolos activamente a altas frecuencias ()*-+** ,ilociclos t"picamente entre corte (abiertos saturación (cerrados.
/a forma de onda cuadrada resultante es aplicada a transformadores con n0cleo
de ferrita (los n0cleos de 1ierro no son adecuados para estas altas frecuencias porue tienen muc1as p#rdidas debido a corrientes de 2oucault sobre todo por las !randes p#rdidas por 1ist#resis3 1a ue recordar ue una curva de saturación normal de acero cocido corresponde a un material con caracter"stica dura alta densidad de flu4o para obtener uno o varios volta4es de salida de corriente alterna (CA ue lue!o son rectificados (con diodos r'pidos filtrados (inductores condensadores para obtener los volta4es de salida de corriente continua (CC.
/as venta4as de este m#todo incluen menor tama5o peso del n0cleo& maor eficiencia por lo tanto menor calentamiento. /as desventa4as compar'ndolas con fuentes lineales es ue son m's comple4as !eneran ruido el#ctrico de alta frecuencia ue debe ser
cuidadosamente minimi%ado para no causar interferencias a euipos pró6imos a estas fuentes.
Índice
7ocultar 8• + Clasificación
• ) Comparación entre 2uentes de alimentación conmutadas lineales • 9 Topolo!"as
• : ;eferencia
Clasificación
7editar 8
!=b>!alinde% /as fuentes conmutadas pueden ser clasificadas en cuatro tipos>
• alimentación CA& salida CC> rectificador& conmutador& transformador& rectificador de
salida& filtro.
(E4.> fuente de alimentación de ordenador de mesa
• alimentación CA& salida CA> variador de frecuencia& conversor de frecuencia.
(E4.> variador de motor
• alimentación CC& salida CA> inversor
(E4.> !enerar ))* v?<* ciclos a partir de una bater"a de +) v
• alimentación CC& salida CC> conversor de volta4e o de corriente.
(E4.> car!ador de bater"as de celulares para auto
Esuema de una fuente conmutada de un PC
Comparación entre Fuentes de alimentación
conmutadas y lineales
7editar 8
@a dos tipos principales de fuentes de alimentación re!uladas
disponibles> conmutadas lineales. /as ra%ones por las cuales ele!ir un tipo o el otro se pueden resumir como si!ue.
•
Tamaño y peso
las fuentes de alimentación lineales utili%an untransformador funcionando a la frecuencia de <* o * @%. Este transformador de ba4a frecuencia es varias veces m's !rande m's pesado ue un transformador correspondiente de fuente conmutada& el cual funciona en frecuencias t"picas de <* @% a + $@%. /a
tendencia de dise5o es de utili%ar frecuencias cada ve% m's altas mientras los transistores lo permitan para disminuir el tama5o de los componentes pasivos (condensadores& inductores&transformadores.
•
Voltaje de la salida
las fuentes de alimentación lineales re!ulan lasalida usando un volta4e m's alto en las etapas previas lue!o disipando ener!"a como calor para producir un volta4e m's ba4o&
re!ulado. Esta ca"da de volta4e es necesaria no puede ser eliminada me4orando el dise5o. /as fuentes conmutadas pueden producir
volta4es de salida ue son m's ba4os ue el volta4e de entrada& m's altos ue el volta4e e incluso inversos al volta4e de entrada&
1aci#ndolos vers'tiles me4or adaptables a volta4es de entrada variables.
•
Eficiencia, calor, y energía disipada
- Una fuente lineal re!ula elvolta4e o la corriente de la salida disipando el e6ceso de ener!"a como calor& lo cual es inefica%. Una fuente conmutada usa la se5al de
control para variar el anc1o de pulso& tomando de la alimentación solamente la ener!"a reuerida por la car!a. En todas las topolo!"as de fuentes conmutadas& se apa!an se encienden los transistores completamente. As"& idealmente& las fuentes conmutadas son +** eficientes. El 0nico calor !enerado se da por las caracter"sticas no ideales de los componentes. P#rdidas en la conmutación en los transistores& resistencia directa de los transistores saturados&
resistencia serie euivalente en el inductor los condensadores& la ca"da de volta4e por el rectificador ba4an la eficiencia. in embar!o& optimi%ando el dise5o& la cantidad de ener!"a disipada calor pueden ser reducidos al m"nimo. Un buen dise5o puede tener una eficiencia de conversión de F< . T"picamente G<-H< en fuentes de entre +*-<* I. /as fuentes conmutadas m's eficientes utili%an rectificación s"ncrona (transistores $osfet saturados durante el semiciclo
adecuado reempla%ando diodos.
•
Complejidad
- un re!ulador lineal consiste en 0ltima instancia en untransistor de potencia& un CJ de re!ulación de volta4e un
condensador de filtro de ruido. En cambio una fuente conmutada contiene t"picamente un CJ re!ulador& uno o varios transistores diodos de potencia como as" tambi#n un transformador& inductores& condensadores de filtro. $0ltiples volta4es se pueden !enerar a partir del mismo n0cleo de transformador. Para ello se utili%a el control por anc1o de pulso de entrada aunue las diferentes salidas pueden tener dificultades para la re!ulación de car!a. Ambos necesitan una
selección cuidadosa de sus transformadores. En las fuentes
conmutadas debido al funcionamiento a altas frecuencias las p#rdidas en las pistas del circuito impreso por inductanci a de perdida las capacidades par'sitas lle!an a ser importantes.
•
Interferencia por radiofrecuencia
- /a corriente en las fuentesconmutadas tiene cambios abruptos& contiene una proporción !rande de componentes espectrales de alta frecuencia. Cables o pistas lar!as entre los componentes pueden reducir la eficacia de alta frecuencia de los filtros a condensadores en la entrada salida. Esta corriente de alta frecuencia puede !enerar interferencia
electroma!n#tica indeseable. 2iltros E$J blinda4es de ;2 son necesarios para reducir la interferencia. /as fuentes de alimentación lineales no producen !eneralmente interferencia& se utili%an para proveer de ener!"a donde la interferencia de radio no debe ocurrir.
•
Ruido electrónico
en los terminales de salida de fuentes dealimentación lineales baratas con pobre re!ulación se puede
e6perimentar un volta4e de CA peue5o KmontadoL sobre la CC de dos veces la frecuencia de alimentación (+**?+)* ciclos. Esta
KondulaciónL (ripple en in!l#s est' !eneralmente en el orden de varios milivoltios& puede ser suprimida con condensadores de filtro m's !randes o me4ores re!uladores de volta4e. Este volta4e de CA peue5o puede causar problemas o interferencias en al!unos circuitos3 por e4emplo& c'maras foto!r'ficas an'lo!as de se!uridad alimentadas con este tipo de fuentes pueden tener la modulación indeseada del brillo distorsiones en el sonido ue produce %umbido audible. /as fuentes de alimentación lineales de calidad suprimir'n la
ondulación muc1o me4or. En cambio las fuentes conmutadas no e61iben !eneralmente la ondulación en la frecuencia de la alimentación& sino salidas !eneralmente m's ruidosas a altas
frecuencias. El ruido est' !eneralmente relacionado con la frecuencia de la conmutación.
•
Ruido acústico
- /as fuentes de alimentación lineales emitent"picamente un %umbido d#bil& en la ba4a frecuencia de alimentación& pero #sta es raramente audible (la vibración de las bobinas las c1apas del n0cleo del transformador suelen ser las causas. /as 2uentes conmutadas con su funcionamiento muc1o m's alto en frecuencia& no son !eneralmente audibles por los seres 1umanos (a menos ue ten!an un ventilador& como en la maor"a de las
computadoras personales. El funcionamiento incorrecto de las fuentes conmutadas puede !enerar sonidos a!udos& a ue !enera ruido ac0stico en frecuencia subarmónico del oscilador.
•
actor de potencia
las fuentes lineales tienen ba4o factor de potenciaporue la ener!"a es obtenida en los picos de volta4e de la l"nea de alimentación. /a corriente en las fuentes conmutadas simples no si!ue la forma de onda del volta4e& sino ue en forma similar a las fuentes lineales la ener!"a es obtenida solo de la parte m's alta de la onda sinusoidal& por lo ue su uso cada ve% m's frecuente en
computadoras personales l'mparas fluorescentes se constituó en un problema creciente para la distribución de ener!"a. E6isten fuentes conmutadas con una etapa previa de corrección del factor de potencia ue reduce !randemente este problema son de uso obli!atorio en al!unos pa"ses particularmente europeos a partir de determinadas potencias.
•
Ruido el!ctrico
sobre la l"nea de la alimentación principal puedeaparecer ruido electrónico de conmutación ue puede causar
interferencia con euipos de A?V conectados en la misma fase. /as fuentes de alimentación lineales raramente presentan este efecto. /as fuentes conmutadas bien dise5adas poseen filtros a la entrada ue minimi%an la interferencia causada en la l"nea de alimentación principal.
